KR20180059716A - Cast steel with excellent flexural strength and tool and die using the same - Google Patents

Cast steel with excellent flexural strength and tool and die using the same Download PDF

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Abstract

The present invention relates to various metal molds and other tools used for forming parts of metal materials and components thereof. More specifically, the present invention is characterized in which components made through casting of alloy tool steel are applied to the components of the metal mold and the tool. In addition, the present invention is characterized in which a microstructure is controlled through addition of an appropriate amount of Ca during the casting to improve bending strength of the alloy tool steel after hardening heat treatment.

Description

굽힘강도가 우수한 주강 및 이를 이용한 금형 및 공구 {CAST STEEL WITH EXCELLENT FLEXURAL STRENGTH AND TOOL AND DIE USING THE SAME}Technical Field [0001] The present invention relates to a cast steel having excellent bending strength and a mold and a tool using the cast steel.

본 발명은 금속 소재의 부품 성형에 사용하는 다양한 금형과 기타 공구에 관한 것으로, 보다 상세하게는 굽힘강도가 우수한 주강 및 이를 이용한 금형 및 공구의 구성품과 같은 강 부품에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to various molds and other tools used for forming parts of metal materials, and more particularly, to a steel part having excellent bending strength and components such as molds and tools using the same.

합금공구강은 일반 구조용 강재에 비하여 다량의 탄소 및 기타 합금원소를 함유함으로써 높은 경도와 내마모성을 얻을 수 있는 것이 특징이다. 따라서, 합금공구강은 다양한 금형 및 공구의 주요 부품에 적용되고 있다. Alloy tool steels contain a large amount of carbon and other alloying elements compared to steels for general structure, so that high hardness and wear resistance can be obtained. Therefore, alloy tool steels are applied to major parts of various molds and tools.

합금공구강은 일반적으로 다음의 과정을 거쳐 최종 제품으로 완성된다.Alloy tool steels generally are finished as final products through the following process.

(1) 주조: 특정 조성의 주괴(cast ingot)를 제작.(1) Casting: Making cast ingot of specific composition.

(2) 열간가공(단조, 압연 등): 수축공, 편석 등 주조 결함의 최소화와 중간제품 (판재, 각재, 봉재 등) 형상 성형.(2) Hot working (forging, rolling, etc.): Minimization of casting defects such as shrinkage holes and segregation, and shaping of intermediate products (plate, sheet, bar, etc.).

(3) 구상화 열처리: 중간제품의 절삭가공을 용이하게 하기 위한 열처리.(3) Spheroidalizing heat treatment: Heat treatment to facilitate cutting of intermediate product.

(4) 1차 형상 가공(황삭, rough milling): 금형 및 공구 부품의 형상을 절삭 가공.(4) Primary shaping (rough milling): Cutting the shape of molds and tool parts.

(5) 경화열처리: 담금질(quenching) 및 뜨임(tempering) 열처리를 통해 1차 가공된 부품의 경도 등 제반 물성을 용도에 맞게 제어.(5) Hardening heat treatment: Quenching and tempering heat treatment to control various physical properties such as hardness of first machined parts.

(6) 2차 형상 가공(정삭, fine milling): 금형 및 공구의 부품의 최종 치수, 형상에 맞게 정밀 절삭 가공.(6) Second shape machining (finishing): Precision machining to the final dimensions and shape of the parts of the tool and the tool.

하지만, 합금공구강은 기본적으로 절삭 저항성이 높은 소재로서, 상기와 같은 과정들 중 1차 형상 가공에 많은 시간과 비용이 소모될 수 밖에 없다. 따라서 상기와 같은 단조·압연 소재(wrought alloy)를 절삭 가공하는 대신에, 금형 및 공구 부품의 1차 형상을 주조 과정에서 바로 형성하는 것이 고려될 수 있다. 이 경우, 상기 (2) 열간단조 과정이 생략되며, (3) 구상화 열처리 과정 및 (4) 1차 형상 가공 과정의 생략 혹은 최소화에 의한 비용 절감이 가능하다. 특히 (4) 1차 형상 가공 과정의 최소화, 즉 절삭량의 최소화는 공정 비용의 절감 외에도 원소재 손실량의 절감을 의미하여, 높은 비용 절감 효과를 가진다. However, the alloy tool steel is basically a material having high cutting resistance, and it takes much time and expense to process the primary shape among the above processes. Therefore, instead of cutting the wrought alloy as described above, it may be considered to form the primary shape of the mold and the tool part directly in the casting process. In this case, (2) the hot forging process is omitted, (3) the spheroidizing heat treatment process, and (4) the cost reduction by omitting or minimizing the primary shaping process is possible. Particularly, (4) Minimization of the primary shape machining process, that is, minimization of the cutting amount, not only reduces the process cost, but also reduces the loss of the raw material, thereby achieving high cost saving.

또한, 제한된 크기와 형태로 공급되는 단조·압연 소재의 경우, 대형 금형 및 공구의 구성시 다수의 부품으로 개별 가공 후 접합, 조립 등의 추가 공정이 증가하는 반면, 주강(cast steel)을 활용하는 경우 금형 및 공구의 크기나 형상에 대해 보다 높은 자유도를 가질 수 있다. 따라서 소재 및 가공 비용 절감, 공정 및 소재 유통 과정 단축에 의한 납기 단축, 제품 설계 및 설계 변경에 대한 유동적 대응 등의 많은 장점을 가진다.In addition, in the case of forged and rolled materials supplied in a limited size and shape, the number of additional processes such as joining and assembly after individual processing increases in a large number of parts in the construction of a large mold and a tool, It is possible to have a higher degree of freedom with respect to the size and shape of the mold and the tool. Therefore, it has many merits such as reduction of material and processing cost, shortening delivery time by shortening process and material distribution process, and flexible response to product design and design change.

그러나 동일한 합금조성에서 주조재는 높은 결함 밀도에 기인하여 단조·압연재에 비해 내구성이 낮을 수 밖에 없으며, 따라서 고강도 금속 소재의 성형에서와 같이 성형 조건이 가혹한 경우에 적용하기에는 한계가 있다. 통상적으로 금속 소재의 냉간 프레스 성형 용 금형에 대표적인 냉간금형강인 AISI-D2 (KS-STD11)에 기반한 조성의 주강(특허문헌 1)이 적용되어 왔다. However, in the same alloy composition, casting materials are inferior in durability to forged and rolled materials due to high defect density, and therefore, they are limited to applications in severe molding conditions as in the case of forming high strength metal materials. Cast steel having a composition based on AISI-D2 (KS-STD11) which is a representative cold metal steel has conventionally been applied to a metal mold for cold press forming (Patent Document 1).

그러나, 특허문헌 1에 기재된 주강으로 제작된 금형 및 공구 부품은 근래의 고강도 금속 부품의 성형에 적용하기에는 부족한 내구성을 가지고 있으며, 따라서 차츰 그 적용량이 감소하고, 경제성이 낮은 단조·압연 소재로 대체되고 있다. 이는 금형 제조 비용의 상승으로 이어져, 해당 금형을 활용하여 제품을 생산하는 자동차, 전자 및 가전 등 제조업 전반의 가격 경쟁력 저하로 이어지게 되며, 따라서 보다 우수한 특성을 가지는 새로운 주강을 필요로 하게 되었다.However, molds and tool parts made of cast steel described in Patent Document 1 have a durability that is insufficient to be applied to the molding of high-strength metal parts in recent years. Therefore, the applied amount thereof is gradually decreased and replaced with a forged and rolled material having low economic efficiency have. This leads to an increase in the manufacturing cost of the mold, leading to a reduction in the price competitiveness of the manufacturing industry such as automobiles, electronics, and household appliances producing the products by using the corresponding molds.

특허문헌 1 : 공개특허공보 제10-2002-0091375호(2002.12.06. 공개)Patent Document 1: Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-2002-0091375 (published Dec. 2002, 2002)

본 발명의 목적은 금형·공구 제작의 경제적 효율성을 제고하기 위해, 종래의 문제점을 해결할 수 있는 주강을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a cast steel capable of solving the conventional problems in order to improve the economic efficiency of the production of a mold and a tool.

본 발명의 다른 목적은 구성품에 상기 주강이 적용된 금형 또는 공구를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a mold or a tool to which the cast steel is applied to a component.

상기 목적의 달성을 위해 본 발명에 따른 주강은 중량 %로, C: 0.9% 초과 내지 1.0% 이하, Cr: 5.0% 초과 내지 5.3% 미만, Mo: 1.2% 초과 내지 1.3% 미만, V: 0.4% 이상 내지 0.5% 미만, Si: 0.4% 이상 내지 0.5% 이하, Mn: 0.4% 이상 내지 0.5% 이하, Ni: 0.2% 이상 내지 0.25% 미만을 포함하고, Ca 또는 Ca 함유 화합물이 추가로 포함되되, 상기 Ca 함량이 주조 이전 원소재 중의 중량%로 0.02~0.2중량%이며, 나머지 Fe와 불가피한 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 한다.In order to attain the above object, the cast steel according to the present invention comprises, by weight, C: more than 0.9% to less than 1.0%, more than 5.0 to less than 5.3% of Cr, more than 1.2 to less than 1.3% Or more and less than 0.5%, Si: not less than 0.4% and not more than 0.5%, Mn: not less than 0.4% and not more than 0.5%, Ni: not less than 0.2% and not more than 0.25% Wherein the Ca content is 0.02 to 0.2% by weight in the raw material before casting, and the balance of Fe and unavoidable impurities.

이때, 상기 Ca 첨가량은 주조 이전 원소재 중의 중량%로 0.05~0.1%인 것이 보다 바람직하다.At this time, it is more preferable that the Ca addition amount is 0.05 to 0.1% by weight in the raw material before casting.

또한, 상기 주강은 O의 함량이 120ppm 이하일 수 있다.Also, the cast steel may have an O content of 120 ppm or less.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 금형 또는 공구는, 그 구성품이 중량 %로, C: 0.9% 초과 내지 1.0% 이하, Cr: 5.0% 초과 내지 5.3% 미만, Mo: 1.2% 초과 내지 1.3% 미만, V: 0.4% 이상 내지 0.5% 미만, Si: 0.4% 이상 내지 0.5% 이하, Mn: 0.4% 이상 내지 0.5% 이하, Ni: 0.2% 이상 내지 0.25% 미만을 포함하고, Ca 또는 Ca 함유 화합물이 추가로 포함되되, 상기 Ca의 첨가량은 주조 이전 원소재 중의 중량%로 0.02~0.2%이며, 나머지 Fe와 불가피한 불순물로 이루어진 주강 재질인 것을 특징으로 한다. In order to achieve the above object, a mold or a tool according to an embodiment of the present invention is characterized in that the composition comprises, by weight, C: more than 0.9% to less than 1.0%, Cr: more than 5.0% to less than 5.3% At least 0.4% to less than 0.5%, at least 0.4% to less than 0.5% of Si, at least 0.4% to less than 0.5% of Si, at least 0.4% The Ca-containing compound is further included, and Ca is added in an amount of 0.02 to 0.2% by weight in the raw material before casting, and is characterized by being a cast steel made of the remaining Fe and unavoidable impurities.

상기와 같은 합금 조성을 갖는 본 발명에 따른 주강은 합금 성분 제어, 특히 Ca 함량 제어를 통하여 기존 주강에 비해 굽힘 강도가 90% 이상 크게 향상될 수 있다.The bending strength of the cast steel according to the present invention having the above alloy composition can be greatly improved by 90% or more than that of the existing cast steel through control of alloy components, particularly Ca content.

이를 통하여, 본 발명에 따른 주강은 주조재임에도 우수한 내구성을 가질 수 있으며, 이에 따라, 금형 및 공구의 구성품에 적용될 수 있다.Accordingly, the cast steel according to the present invention can have excellent durability in casting, and can be applied to components of a mold and a tool.

도 1은 Ca 첨가량에 따른 굽힘강도의 변화를 나타낸 것이다.
도 2는 Ca 첨가에 의한 조직 미세화 효과를 나타낸 것으로, (a)는 Ca가 첨가되지 않은 비교예 1의 미세조직을, (b)는 Ca 첨가비가 0.05중량%인 발명예 2의 미세조직을 나타낸다.
도 3은 Ca 첨가에 의한 실시예 중의 산소 함량 변화를 나타낸 것이다.
Fig. 1 shows the change of the bending strength according to the Ca addition amount.
Fig. 2 shows the microstructure of Comparative Example 1 in which Ca was not added, and Fig. 2 (b) shows the microstructure of Inventive Example 2 in which Ca addition ratio was 0.05 wt% .
Fig. 3 shows changes in oxygen content in the examples by Ca addition.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Advantages and features of the present invention and methods of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described in detail below. It should be understood, however, that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but is capable of many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, To fully disclose the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 굽힘강도가 우수한 주강 및 이를 이용한 금형 및 공구에 대하여 상세히 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a cast steel having excellent bending strength according to the present invention and a mold and a tool using the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

주강Cast steel

본 발명에 따른 주강은 중량 %로, C: 0.9% 초과 내지 1.0% 이하, Cr: 5.0% 초과 내지 5.3% 미만, Mo: 1.2% 초과 내지 1.3% 미만, V: 0.4% 이상 내지 0.5% 미만, Si: 0.4% 이상 내지 0.5% 이하, Mn: 0.4% 이상 내지 0.5% 이하, Ni: 0.2% 이상 내지 0.25% 미만을 포함한다. 또한 본 발명에 따른 주강은 Ca 또는 Ca 함유 화합물이 추가로 포함되되, 상기 Ca의 첨가량은 주조 이전 원소재 중의 중량%로 0.02~0.2%이다. 상기 합금 성분들 외 나머지는 Fe와 불가피한 불순물로 이루어진다. The cast steel according to the present invention contains, by weight%, C: more than 0.9% to less than 1.0%, Cr: more than 5.0% to less than 5.3%, Mo: more than 1.2% to less than 1.3%, V: Si: 0.4 to 0.5%, Mn: 0.4 to 0.5%, Ni: 0.2 to less than 0.25%. Further, the cast steel according to the present invention may further contain Ca or a Ca-containing compound, wherein the Ca content is 0.02 to 0.2% by weight in the raw material before casting. The rest of the alloy components are composed of Fe and unavoidable impurities.

이하, 본 발명에 따른 주강에 포함되는 각 성분의 역할 및 함량에 대하여 설명하기로 한다. Hereinafter, the role and content of each component contained in the cast steel according to the present invention will be described.

[C: 0.9% 초과 1.0 중량% 이하][C: more than 0.9% and not more than 1.0% by weight]

탄소(C)는 미세조직 중 탄화물을 형성하며, 일부는 기지 중에 고용되어 마르텐사이트를 형성하고 강도를 높이는 역할을 한다. 따라서 소재에 경도와 내마모성, 경화능 (hardenability)을 부여하지만, 일반적으로 과잉 첨가 시 취화 (embrittlement)를 초래한다. 충분한 강화 효과를 위해 0.9중량%를 초과하는 함량이 요구되지만, 1.0중량%를 초과하는 함량에서는 비교예 1에서와 같이 취화에 의해 오히려 낮은 굽힘강도를 보이게 된다.Carbon (C) forms carbides in the microstructure, some of which are dissolved in the matrix to form martensite and increase the strength. Therefore, it imparts hardness, abrasion resistance and hardenability to the material, but generally causes excessive embrittlement. A content exceeding 0.9 wt% is required for a sufficient strengthening effect, but a content lower than 1.0 wt% shows a lower bending strength due to embrittlement as in Comparative Example 1.

[Cr: 5.0% 초과 5.3% 미만][Cr: more than 5.0% and less than 5.3%]

크롬(Cr)은 탄화물의 주된 형성 원소 중 하나로써, C와 결합하여 다양한 탄화물을 형성함으로써 소재에 경도와 내마모성을 부여하며, 경화능을 부여하고, 내식성 향상에도 기여한다. 합금 공구강에서 해당 원소가 형성하는 탄화물은 주로 M7C3와 M23C6이며, 충분한 탄화물 형성을 위해 5.0중량%를 초과하는 함량이 필요하지만, 과다 첨가될 경우, 비교예 1에서와 같이 탄화물의 조대화에 의한 취화가 발생하는 원인이 되기도 하므로 5.3중량% 미만으로 제한한다.Chromium (Cr) is one of the main forming elements of carbide. It forms a variety of carbides by bonding with C, thereby giving hardness and abrasion resistance to the material, giving hardenability and contributing to improvement of corrosion resistance. In the alloy tool steel, the carbides formed by the element are mainly M 7 C 3 and M 23 C 6 , and the content of more than 5.0 wt% is required for sufficient carbide formation. However, when it is added in excess, And thus it is limited to less than 5.3% by weight.

[Mo: 1.2% 초과 1.3% 미만][Mo: more than 1.2% and less than 1.3%]

몰리브덴(Mo)은 탄화물 중에 고용되어 탄화물의 물성을 개선하고, 특히, 뜨임 열처리 중의 경도 저하를 억제하는 뜨임저항성(tempering resistance) 향상에 크게 기여한다. 특히 비교예 1에 비해 강화 원소인 C와 Cr 함량이 낮은 비교예 2-4, 실시예 1-3에서는 부족할 수 있는 강화 효과를 보충해 주는 중요한 원소이다. 그러나 그 우수한 효과에 반해 주조 후의 편석 경향이 강한 원소로서 재질의 불균일이나 주조재의 중심부 결함을 야기하는 원소이기도 하다. Molybdenum (Mo) is solved in carbides to improve the physical properties of carbides, and particularly contributes to improvement of tempering resistance which suppresses hardness decrease during tempering treatment. In particular, it is an important element supplementing the strengthening effect which is insufficient in Comparative Examples 2-4 and 1-3, in which the contents of C and Cr, which are strengthening elements, are lower than those of Comparative Example 1. [ However, it is a strong element of segregation after casting in contrast to its excellent effect, and it is also an element causing unevenness of the material and central defect of the cast material.

따라서 본 발명에서는 상대적으로 낮은 C, Cr 함량을 고려하여 Mo의 함량이 1.2중량%를 초과하나, 편석에 의한 부정적 효과 및 Mo가 고가의 원소라는 점을 고려하여 1.3중량% 미만이 되게 첨가한다. Accordingly, in consideration of the relatively low C and Cr contents, the content of Mo is more than 1.2% by weight, but the Mo content is less than 1.3% by weight considering the negative effect of segregation and Mo as an expensive element.

[V: 0.4% 이상 0.5% 미만][V: 0.4% or more and less than 0.5%]

바나듐(V)은 주조 과정에서 형성되는 일차탄화물(primary carbide) 형성을 촉진하여 내마모성을 강화하며, 500℃ 이상의 고온에서 뜨임 열처리 시 매우 미세한 VC 탄화물을 형성하여 기지를 강화시킴으로써 경도 및 내마모성 향상에 크게 기여한다. 따라서 비교예 1을 제외한 실시예에서와 같이 C 및 Cr 함량이 낮은 강종에서는 강화 효과의 보완을 위해 0.4중량% 이상의 V 첨가량이 필요하다. 그러나 V 함량의 증가는 탄화물의 조대화에 의한 취화의 문제점을 야기하므로 본 발명에서는 V 함량을 0.5중량% 미만으로 제한하였다.Vanadium (V) enhances abrasion resistance by promoting the formation of primary carbides formed during the casting process. It enhances hardness and wear resistance by forming very fine VC carbide during tempering at a temperature of 500 ° C or higher and strengthening the matrix. Contributing. Therefore, as in the examples other than Comparative Example 1, a steel having a low C and Cr content requires a V addition amount of 0.4 wt% or more for the purpose of supplementing the strengthening effect. However, since the increase of the V content causes a problem of embrittlement due to the coarsening of the carbide, the V content is limited to less than 0.5 wt% in the present invention.

[Si: 0.4% 이상 0.5% 이하][Si: 0.4% or more and 0.5% or less]

실리콘(Si)은 기지의 고용 강화 효과가 크며, 피삭성 향상에 기여한다. 또한 Si는 Mo나 W 등과 함께 경화능과 연화저항성 향상에도 기여할 수 있다. 따라서 0.4중량% 이상의 Si 첨가가 바람직하지만, 과잉 첨가시에는 취화 및 과도한 잔류 오스테나이트 생성에 의한 조직 및 형상 불안정을 초래하므로 본 발명에서는 Si의 함량을 0.5중량% 이하로 제한하였다. Silicon (Si) has a large effect of strengthening the solid solution and contributes to improvement of machinability. In addition, Si, together with Mo and W, can also contribute to improvement of hardenability and softening resistance. Therefore, Si is preferably added in an amount of not less than 0.4% by weight, but excessive amounts of the Si addition result in brittleness and excessive formation of retained austenite, resulting in unstable structure and shape. Therefore, in the present invention, the content of Si is limited to 0.5% by weight or less.

[Mn: 0.4% 이상 0.5% 이하][Mn: 0.4% or more and 0.5% or less]

망간(Mn)은 저렴한 비용으로 고용 강화와 경화능 향상 효과를 얻을 수 있기에 0.4중량% 이상의 첨가량이 긍정적인 효과를 가진다. 그러나 Mn의 함량이 0.5중량%를 초과하는 과잉 첨가 시 고온 유지 후의 표면 품질과 인성 저하를 초래하며, 담금질 후 다량의 오스테나이트를 잔류시켜 경도 저하와 열처리 및 금형 가동 중 형상 변화를 초래할 수 있다.Manganese (Mn) has a positive effect of addition of 0.4 wt% or more, because it can enhance the solubility and hardenability at low cost. However, if the Mn content exceeds 0.5 wt%, the surface quality and toughness after high temperature maintenance are lowered, and a large amount of austenite is left after quenching, resulting in lower hardness and heat treatment and change in shape during operation of the mold.

[Ni: 0.2% 이상 0.25% 미만][Ni: not less than 0.2% and not more than 0.25%]

니켈(Ni)은 철강 제품의 인성을 증가시키는 효과를 가지므로 0.2중량% 이상의 Ni 첨가는 주강의 내구성 향상에 기여할 수 있다. 그러나 한편으로 금형강에서는 잔류 오스테나이트 증가에 의한 경도 저하를 초래할 수 있는 바, 그 상한을 0.25중량% 미만으로 제한하였다. Nickel (Ni) has an effect of increasing the toughness of steel products, so that addition of Ni of 0.2 wt% or more can contribute to improvement of durability of cast steel. On the other hand, in the metal mold, the hardness can be lowered due to an increase in retained austenite, and the upper limit is limited to less than 0.25 wt%.

[Ca: 0.02% 이상 0.2% 이하][Ca: 0.02% or more and 0.2% or less]

Ca는 MnS 개재물 구상화, 탈산 효과와 더불어 조직 미세화를 통하여 굽힘강도를 향상시키는 역할을 한다. 이러한 Ca는 Ca 자체로 또는 Ca-Si 와 같이 다른 원소와의 화합물의 형태로 첨가될 수 있다. Ca plays an important role in improving bending strength through microstructural and microstructural effects of MnS inclusion solidification and deoxidation. Such Ca can be added to Ca itself or in the form of a compound with other elements such as Ca-Si.

이때, Ca 함량은 주조 이전 원소재 중의 중량%로 0.02~0.2%가 바람직하다. 여기서, Ca 함량을 주조 이전의 원소재 중의 함량으로 정한 이유는, Ca의 경우, O와 결합하여 주조 후 최종 제품 상태에서는 Ca 함량이 일부 감소하는 것을 고려한 것이다. Ca 함량이 0.02중량% 이상부터 탈산 등에 의한 굽힘강도 향상 효과가 현저해진다. 그러나, Ca 함량이 0.2중량%를 초과하는 경우, 더 이상의 탈산이 이루어지지 않으며, 오히려 목표하는 굽힘강도가 저하되는 문제점이 발생할 수 있다. 도 1을 참조하면, Ca 함량은 주조 이전 원소재 중의 중량%로 0.05~0.1%인 것이 보다 바람직하다. At this time, the Ca content is preferably 0.02 to 0.2% by weight in the raw material before casting. Here, the reason why the Ca content is determined as the content of the raw material before the casting is that, in the case of Ca, it is considered that the Ca content is partially reduced in the final product state after bonding with O. The effect of improving the bending strength by deoxidation or the like becomes remarkable from a Ca content of 0.02 wt% or more. However, when the Ca content exceeds 0.2% by weight, further deoxidation is not performed, and the desired bending strength may be lowered. Referring to FIG. 1, the Ca content is more preferably 0.05 to 0.1% by weight in the raw material before casting.

한편, 텅스텐(W)의 경우, Mo와 유사한 효과를 가지나 상대적인 첨가 효과는 Mo 보다 높은 것으로 알려져 있다. 즉, W는 보다 우수한 강화 효과를 가질 수 있다. 그러나, W의 경우, 편석에 의한 부정적 효과 역시 더욱 강화되므로, 본 발명에서는 W가 불순물 이외 의도적으로 첨가되지는 않는다. On the other hand, tungsten (W) has an effect similar to that of Mo, but the relative addition effect is known to be higher than Mo. That is, W can have a better reinforcing effect. However, in the case of W, since the negative effect due to segregation is further strengthened, W is not intentionally added other than impurities in the present invention.

주강Cast steel 제조 방법 Manufacturing method

본 발명에 따른 주강은 이하 예와 같은 주조 공정으로 제조될 수 있으며, 공정 조건은 필요에 따라 변화될 수 있다.The cast steel according to the present invention can be manufactured by a casting process as described below, and the process conditions can be changed as needed.

이를 위해, 상기 조성을 만족시키기 위한 원소재를 고온에서 용해하여 용탕을 형성한다. Ca 또는 Ca 함유 화합물을 원소재 중에 미리 첨가해 두거나, 용탕의 형성 과정에 추가 첨가하며, 사용하는 첨가재의 종류에 상관없이 Ca의 원소재에 대한 중량비가 상기 조건을 만족시킬 수 있도록 한다. For this purpose, a raw material for satisfying the above composition is melted at a high temperature to form a molten metal. The Ca- or Ca-containing compound is added in advance to the raw material or added during the formation of the molten metal so that the weight ratio of Ca to the raw material can be satisfied regardless of the kind of the additive to be used.

금형 및 공구 구성품의 최종 형상에 근접하는 틀 (사형, 세라믹형 등)에 용탕을 주입하고 응고함으로써 제품의 1차 형상을 구현하며, 응고가 완료된 후 해당 중간 제품에 대해 최종 제품 형상과 치수에 보다 근접하기 위한 부가적인 절삭가공을 행해줄 수도 있다. 이때, 절삭 저항성을 감소시키기 위하여 구상화 열처리를 행해줄 수도 있으며, 해당 열처리는 700℃ 이상 900℃ 이하의 온도 범위에서 제품을 유지한 후 대기 중에서 냉각하는 경우보다 느린 속도로 상온까지 냉각해주는 과정이다. The primary shape of the product is realized by injecting the molten metal into the mold (sand mold, ceramic mold, etc.) close to the final shape of the mold and tool components and solidifying the product. After completion of solidification, It is also possible to perform additional cutting processing for bringing it closer. In this case, spheroidizing heat treatment may be performed in order to reduce the cutting resistance. The heat treatment is a process of cooling the product to room temperature at a slower rate than the case where the product is maintained in a temperature range of 700 ° C to 900 ° C and then cooled in the air.

이후, 제품에 대한 경화열처리를 행해주며, 이는 담금질과 뜨임 열처리로 구성된다. 담금질은 900℃ 이상 1100℃ 이하의 온도에서 제품을 유지한 후 600℃ 이하의 온도로 냉각하며, 뜨임은 담금질된 제품을 150℃ 이상 600℃ 이하의 온도에서 유지한 후 상온까지 냉각하는 과정이다. 상기의 뜨임 열처리는 제품의 물성 제어를 위해 2 회 이상 반복 수행하는 것이 가능하다. Thereafter, the product is subjected to a hardening heat treatment, which consists of quenching and tempering. The quenching is a process of maintaining the product at a temperature of 900 ° C to 1100 ° C, followed by cooling to a temperature of 600 ° C or lower, and a tempering process of maintaining the quenched product at a temperature of 150 ° C to 600 ° C and then cooling to room temperature. The above tempering heat treatment can be repeated two or more times to control the physical properties of the product.

상기 열처리 공정들에서 제품의 고온 유지 시간은 제품의 크기에 의존하며, 일반적으로 1 인치 (25.4 mm) 당 1 시간 정도로 환산하여 설정하나, 제품의 형상과 열처리로의 종류, 열처리 분위기(atmosphere) 등의 상황에 따라서 제조자가 결정할 수 있다. 이는 승온 및 냉각 속도에 대해서도 적용되는 사항이며, 최종 제품에 요구되는 특성을 만족시키는 선에서는 특별한 제약을 두지 않는다. In the heat treatment processes, the high-temperature holding time of the product depends on the size of the product. Generally, it is set to 1 hour per 1 inch (25.4 mm), but the shape of the product, the kind of heat treatment furnace, The manufacturer may decide according to the situation of This is also true for the temperature and cooling rate, and there is no particular restriction in the line that satisfies the properties required for the final product.

실시예Example

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다. Hereinafter, the configuration and operation of the present invention will be described in more detail with reference to preferred embodiments of the present invention. It is to be understood, however, that the same is by way of illustration and example only and is not to be construed in a limiting sense.

여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.The contents not described here are sufficiently technically inferior to those skilled in the art, and a description thereof will be omitted.

표 1에 본 실시예에서의 합금 조성과 원소재 중 Ca의 첨가비를 나타내었고, 1030℃에서 담금질, 520℃에서 뜨임 열처리 후 굽힘강도를 나타내었다. Table 1 shows the alloy composition in this example and the addition ratio of Ca in the raw material, and shows quenching at 1030 ° C and bending strength after tempering at 520 ° C.

담금질 및 뜨임 열처리에는 진공 열처리로를 활용하였으며, 이 때 시험편들은 대략 5℃/min의 속도로 승온하였으며, 또한 유사한 속도로 냉각하였다. 담금질 시 고온 유지 시간은 30분 이었고, 뜨임 열처리 시는 120분 이었으며, 동일한 뜨임 열처리를 2회 반복 수행하였다. 굽힘강도는 상기의 과정을 통해 제작된 시험편을 ASTM C1161 혹은 KS L 1591에 따른 4-점굽힘시험을 통해 측정하였다.A vacuum heat treatment furnace was used for quenching and tempering, and the specimens were heated at a rate of about 5 ° C / min and cooled at a similar rate. During the quenching, the high temperature retention time was 30 minutes, while the tempering heat treatment was 120 minutes, and the same tempering treatment was repeated twice. The bending strength was measured by a four-point bending test according to ASTM C1161 or KS L 1591.

표 1은 실시예 조성(질량비, %), Ca 첨가비와 굽힘강도, 산소 함량(질량비, ppm)를 나타낸 것이다.Table 1 shows the composition of Example (mass ratio,%), Ca addition ratio and bending strength, and oxygen content (mass ratio, ppm).

[표 1](단위 : 중량%, 단 Ca의 경우 원소재 기준)[Table 1] (Unit: wt%, based on raw material for Ca)

Figure pat00001
Figure pat00001

비교예 1은 기존의 냉간금형용 주강으로서, 비교예 2-4, 발명예 1-3에 해당하는 합금조성의 적용을 통해 굽힘강도가 90% 이상 향상되는 것을 볼 수 있다. 비교예 2-4, 발명예 1-3에서 Ca 첨가재의 효과를 확인할 수 있으며, 이는 도 1을 통해 보다 뚜렷히 확인된다. Comparative Example 1 shows that the bending strength is improved by 90% or more through application of an alloy composition corresponding to Comparative Example 2-4 and Inventive Example 1-3 as a conventional cast steel for a cold mold. In Comparative Examples 2-4 and 1-3, the effect of the Ca additive can be confirmed, which is more clearly confirmed in FIG.

Ca의 추가 첨가를 통해 발명예 1-3에서 굽힘강도의 뚜렷한 향상 효과를 확인할 수 있다. 또한, 도 1을 참조하면, Ca 함량이 0.05~0.1중량%인 발명예 2~3의 경우 보다 높은 굽힘강도를 나타내었다. 그러나 Ca의 첨가량이 0.1%를 초과하면서부터는 굽힘강도가 감소하는 것을 볼 수 있다. Ca의 첨가에 의한 굽힘강도의 향상은 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 일차적으로는 조직의 미세화에 기인하는 것으로 볼 수 있다. By the addition of Ca, a noticeable improvement in bending strength can be confirmed in Inventive Examples 1-3. Referring to FIG. 1, the bending strength was higher than that of Examples 2 to 3 in which the Ca content was 0.05 to 0.1 wt%. However, it can be seen that the bending strength decreases when the addition amount of Ca exceeds 0.1%. As can be seen from Fig. 2, the enhancement of the bending strength by the addition of Ca can be seen to be primarily due to the miniaturization of the structure.

또 한편으로 Ca는 대부분의 강재에서 불가피하게 검출되는 MnS 개재물을 구상화하며, 탈산제로서의 역할도 수행하므로 주조재의 물성 개선에 기여한 것으로 판단된다. On the other hand, Ca is considered to have contributed to the improvement of the physical properties of the cast material because Ca is inevitably detected in most of the steel materials and spheroidizing the MnS inclusions and also acts as a deoxidizer.

Ca 첨가에 의한 탈산 효과를 도 3에서 확인할 수 있으며, 탈산 효과가 발명예 2를 중심으로 극대화되는 것을 볼 수 있다. Ca가 첨가되지 않은 비교예 2에 비해 발명예 2에서 주강 중의 O 함량은 40% 수준 감소하는 것을 볼 수 있으며, 해당 요인 역시 굽힘강도 및 내구성 향상에 기여하는 것으로 판단된다.The deoxidation effect by Ca addition can be confirmed in FIG. 3, and it can be seen that the deoxidation effect is maximized with the use of Example 2. Compared with Comparative Example 2 in which Ca was not added, the content of O in the cast steel decreased by 40% in Inventive Example 2, and this factor is also considered to contribute to improvement of bending strength and durability.

비교예 2-4 및 발명예 1-3에서 Ca 외에 발명예 중의 합금원소 함량 차이는 제조공정에서 충분히 발생할 수 있는 오차 수준으로 볼 수 있다. 사실상 이들의 합금조성은 거의 동일한 수준으로 판단되며, 따라서 Ca 첨가량 및 그에 의한 O 함량을 제외한 해당 실시예들 간의 미세한 조성 차이가 그 특성에 미치는 효과는 무시할 수 있는 것으로 판단된다. In Comparative Examples 2-4 and 1-3 of the present invention, the difference in the content of the alloying elements in the inventive examples can be regarded as an error level sufficiently generated in the manufacturing process. In fact, the alloy compositions of these alloys are judged to be almost the same level, and therefore, it is considered that the effect of fine compositional difference between the embodiments except the Ca addition amount and the O content thereof is negligible.

그러나 기존의 범용 소재인 비교예 1에 비해서는 조성 상에 상당한 차이를 보이며, 그 효과로서 굽힘강도에 큰 차이가 나타나는 것을 볼 수 있다. However, as compared with Comparative Example 1 which is a general purpose material, there is a considerable difference in composition, and a large difference in bending strength can be seen as an effect thereof.

본 발명은 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. Accordingly, the true scope of protection of the present invention should be defined by the claims.

Claims (6)

중량 %로, C: 0.9% 초과 내지 1.0% 이하, Cr: 5.0% 초과 내지 5.3% 미만, Mo: 1.2% 초과 내지 1.3% 미만, V: 0.4% 이상 내지 0.5% 미만, Si: 0.4% 이상 내지 0.5% 이하, Mn: 0.4% 이상 내지 0.5% 이하, Ni: 0.2% 이상 내지 0.25% 미만을 포함하고, Ca 또는 Ca 함유 화합물이 추가로 포함되되, 상기 Ca의 첨가량은 주조 이전 원소재 중의 중량%로 0.02~0.2%이며, 나머지 Fe와 불가피한 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 주강.
Mo: more than 1.2% to less than 1.3%, V: not less than 0.4% to less than 0.5%, Si: not less than 0.4%, and more preferably not less than 0.1% The content of Ca is not more than 0.5% by weight, the content of Mn is not less than 0.4% and not more than 0.5%, the content of Ni is not less than 0.2% and not more than 0.25% 0.02 to 0.2%, and the balance of Fe and inevitable impurities.
제1항에 있어서,
상기 Ca 첨가량이 주조 이전 원소재 중의 중량%로 0.05~0.1%인 것을 특징으로 하는 주강.
The method according to claim 1,
Wherein the amount of Ca added is 0.05 to 0.1% by weight in the raw material before casting.
제1항에 있어서,
상기 주강은 O의 함량이 120ppm 이하인 것을 특징으로 하는 주강.
The method according to claim 1,
Wherein the cast steel has an O content of 120 ppm or less.
금형 또는 공구로서,
그 구성품이 중량 %로, C: 0.9% 초과 내지 1.0% 이하, Cr: 5.0% 초과 내지 5.3% 미만, Mo: 1.2% 초과 내지 1.3% 미만, V: 0.4% 이상 내지 0.5% 미만, Si: 0.4% 이상 내지 0.5% 이하, Mn: 0.4% 이상 내지 0.5% 이하, Ni: 0.2% 이상 내지 0.25% 미만을 포함하고, Ca 또는 Ca 함유 화합물이 추가로 포함되되, 상기 Ca 첨가량이 주조 이전 원소재 중의 중량%로 0.02~0.2%이며, 나머지 Fe와 불가피한 불순물로 이루어진 주강 재질인 것을 특징으로 하는 금형 또는 공구.
As a mold or tool,
Wherein the composition comprises, by weight%, C: more than 0.9% to less than 1.0%, Cr: more than 5.0% to less than 5.3%, Mo: more than 1.2% to less than 1.3%, V: % Or more to 0.5% or less, Mn: 0.4% or more to 0.5% or less, Ni: 0.2% or more to less than 0.25% and further containing Ca or a Ca-containing compound, 0.02 to 0.2% by weight, and the balance Fe and inevitable impurities.
제4항에 있어서,
상기 Ca 첨가량이 주조 이전 원소재 중의 중량%로 0.05~0.1중량%인 것을 특징으로 하는 금형 또는 공구.
5. The method of claim 4,
Wherein the amount of Ca added is 0.05 to 0.1% by weight in weight of the raw material before casting.
제4항에 있어서,
상기 주강은 O의 함량이 120ppm 이하인 것을 특징으로 하는 금형 또는 공구.
5. The method of claim 4,
Wherein the cast steel has an O content of 120 ppm or less.
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